Po mnoho desetiletí bylo mechanické řízení toku kapalin a plynů jedinou volbou jak nastavit rychlost dodávky na požadavky příslušného procesu. V tomto případě pracuje motor při jmenovitých otáčkách potřebných pro maximální rychlost téměř nepřetržitě.
Škrtící ventily a klapky používané pro mechanické ovládání reprezentují zdroje převodních ztrát obvykle ve formě tepla. Dnes může být rychlost pohonu přímo řízena použitím frekvenčního měniče, tak, že rychlost proudění kapaliny nebo plynu se nastavuje pro splnění bezprostředních požadavků. I přes vlastní tepelné ztráty zvýší frekvenční startéry a frekvenční měniče průměrnou účinnost v celém pracovním rozsahu. Zvýšení účinnosti systému je vždy odvislé od zlepšení energetické účinnosti jednotlivých složek a analýze celého systému.
Co jsou to frekvenční startéry?
Frekvenční startéry jsou novou kategorií přístrojů použitelných pro řízení asynchronních motorů. Funkčně mohou být umístěny někde mezi standardní motorové spouštěče a běžné frekvenční měniče, protože kombinují výhody těchto stávajících produktů (snadnost použití spouštěče motorů a řízení otáček motoru jako při použití frekvenčního měniče). Ideální pro jednoduché aplikace, ve kterých se vyžaduje variabilní rychlost otáček a není potřeba rozsah funkcí poskytovaných konvenčními frekvenčními měniči, u kterých je díky tomu použití příliš složité.
Nastavitelné proudové omezení brání vzniku vysokých proudových špiček v napájecí síti a náhlých zatíženích mechanických částí stroje a systému. Navíc k hladkému rozběhu lze pomocí frekvenčních startérů/měničů také plynule ovládat rychlost (frekvenci) třífázového asynchronního motoru. Motory připojené přímo k napájecí síti dosahují ideálních provozních podmínek pouze v ustáleném stavu. Při frekvenčním řízení mohou být použity v celém rozsahu otáček za dodržení požadovaných podmínek. Konstantní poměr napětí k frekvenci (U/f) zajišťuje nezávislé provozní podmínky s jmenovitým točivým momentem (MN). Pomocí tohoto způsobu odpovídá rychlost motoru do výrobního procesu a kompenzují se vnější zásahy, čímž je u řízeného pohonu zaručena delší životnost a funkční bezpečnost.
Potenciální úspory energie pomocí frekvenčních startérů/měničů závisí na následujících faktorech:
- Typ poháněné zátěže
- Procentuální vyjádření regulace systému pomocí frekvenčního řízení
- Čas, ve kterém celkový systém pracuje při částečném zatížení
Frekvenční startéry/měniče jsou účinné především v aplikacích se střídavým zatížením nebo proměnnou rychlostí. Charakteristické křivky pro motor a stroj (např. čerpadlo) jsou obecně dány jako závislost počtu otáček (n) nebo točivého momentu (M) a výkonu (P). Pokud jde o úsporu energie pomocí frekvenčních měničů, tak obzvláště zajímavé je toto pro stroje a zařízení, v nichž vztah mezi počtem otáček (n) a točivým momentem (M) je kvadratický. Jedná se o aplikace, jako jsou odstředivá čerpadla a ventilátory. V pohonných aplikacích jsou známy jako stroje spojitého proudu. Klíčovým faktorem pro úsporu energie je zde kvadratický vztah počtu otáček a výkonu (P proporcionální n3). Toto může mít za následek například u čerpadla, které pracuje na 50% své maximální rychlosti, požadavek pouze na 1/8 výkonu potřebného při plné rychlosti. To znamená, že malé snížení počtu otáček způsobí velké úspory energie. Snížením rychlosti o 20 % je dosažena úspora 50% (viz obr.1), protože spotřeba energie motoru je přesně upravena tak, aby splňovala aktuální požadavky procesu.
Na první pohled se frekvenční startéry a frekvenční měniče zdají být nejdražším způsobem spouštění a řízení rychlosti asynchronního motoru. Hlavní důvody jsou samozřejmě vyšší pořizovací náklady v porovnání s klasickými spouštěčovými kombinacemi. Ale během provozu se díky hladkým rozběhům spolu s energetickou účinností při optimalizaci procesů odhaluje jejich ekonomický benefit. To platí zejména pro čerpadla a ventilátory, jak je uvedeno v následujícím příkladu:
Je-li vyžadována proměnná hodnota průtoku čerpacího systému, tak změna průtoky kapaliny může být realizována:
- Za použití motoru s konstantní rychlostí a škrtícího ventilu pro nastavení průtoku
- Za použití uzavřené smyčky řízeného pohonu úpravou rychlosti čerpání na základě požadavku
Typický cyklus čerpacího systému může být následující:
- 100% průtoku = 6% času pracovního cyklu
- 75% průtoku = 15% času pracovního cyklu
- 50% průtoku = 35% času pracovního cyklu
- 25% průtoku = 44% času pracovního cyklu
Ovládání čerpadla pomocí škrtících ventilů vede k vysokým ztrátám a nízké účinnosti celého systému. Při frekvenčním řízení zátěže mohou být tyto ztráty významně sníženy, což má za následek vysoké úspory energie a značné snížení provozních nákladů (viz obr. 2).
V tomto příkladu je činný výkon čerpadla vždy 100%. V případě použití škrtících ventilů musí být dodán 2,85 násobek energie pro provoz systému. S elektronickou regulací otáček je to pouhý 1,6 násobek.
Shrnutí
Zvýšení efektivity pomocí frekvenčních startérů nebo frekvenčních měničů je vhodné pro aplikace s různými rychlostmi a zatížením. Regulace rychlosti zátěže může vést k dosažení značných úspor. Příklady aplikací zahrnují čerpadla v uzavřené smyčce, ventilační systémy, dopravníkové systémy s proměnným zatížením, atd.
Eaton Elektrotechnika s.r.o.
Tel.: +420 267 990 411
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.eaton.cz
